固体物理绪论省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

固体物理学SolidStatePhysics固体物理开山之作：TheModeronTheoryofSolids一、固体物理发展过程固体物理学发展简史固体物理学发展简史固体物理学发展简史固体物理本身是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科基础，也因为固体物理学科内在原因，固体物理研究论文已占物理学中研究论文三分之一以上。同时，固体物理学成就和试验伎俩对化学物理、催化学科、信息科学、生命科学、地学等影响日益增加，正在形成新交叉领域。摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登·摩尔（GordonMoore）提出来。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳晶体管数目，约每隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍；或者说，每一美元所能买到电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步速度。例：1988年发觉巨磁电阻效应(GMR)--小硬盘大发觉硬盘技术之父摘得诺贝尔物理学奖巨磁阻是一个量子力学效应，它产生于层状磁性薄膜结构。这种结构是由铁磁材料和非铁磁材料薄层交替叠合而成。当铁磁层磁矩相互平行时，载流子与自旋相关散射最小，材料有最小电阻。当铁磁层磁矩为反平行时，与自旋相关散射最强，材料电阻最大。“看看你计算机硬盘存放能力有多大，就知道他们贡献有多大了。”或许我们这才明白，司空见惯笔记本电脑、MP3、U盘等消费品，竟然都闪烁着刺眼科学光芒。诺贝尔奖并不总是代表着深奥理论和艰涩知识，它往往就在我们身边，在我们不曾留心日常生活中。不过，即便是巨磁阻这项叱诧风云技术，发展到现在也已经靠近了极限，硬盘容量提升必须寻求新技术。当前行业公认下一代技术是“垂直磁统计”技术，即“统计位”S/N两极连线垂直于盘片，而在此之前技术都属于“水平磁统计”技术。年128Mb，20128Gb：与有60年悠久历史硬盘驱动技术不一样，NAND闪存技术还很年轻，还有很大发展及提升空间。如今，NAND闪存存放能力以每年175%速度增加。上世纪六七十年代后，固体物理发展更为快速，不但晶体材料研究愈加完美，而且逐步走出大块晶体范围，开始了对微细材料和无序固体开发和利用，新发觉、新进展接踵而来：常见石墨是由一层层以蜂窝状有序排列平面碳原子堆叠而形成石墨层间作用力较弱，很轻易相互剥离，形成薄薄石墨片当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度单层就是石墨烯。1959年，著名诺贝尔奖得主费曼（RichardFeynman）就构想：“假如有一天人们能够按照自己意志排列原子和分子，那会产生什么样奇迹！”，“毫无疑问，假如我们对细微尺度事物加以控制话，将大大扩充我们能够取得物性范围”。原子操纵1989年在美国加州IBM试验内，依格勒博士（D.Eigler）采取低温、超高真空条件下扫描隧道显微镜（STM）操纵着一个个氙原子，STM针尖成了搬运原子“抓斗”。依格勒将35个氙原子排布成了世界上最小IBM商标，实现了人类另一个幻想——直接操纵单个原子。原子间间距只有1.3nm左右。这是人类有目标、有规律地移动和排布单个原子开始。右图是48个铁原子在铜表面组成“量子围栏”，图中“波浪”表达了在此量子栅中电子密度分布起伏。从二十世纪固体物剪发展中得到几点认识：二、固体物理研究对象固体物理研究不是单个原子性质比如：性质完全不一样无定形碳、石墨和金刚石都是由相同碳原子组成，是碳原子空间排列和结合方式差异带来了其物理性质极端不一样。非晶硅电子衍射图中含有五重对称斑点分布单晶硅主要研究对象：晶态固体——晶体。前面所学课程综合固体物理是能够处理当代复杂系统好方法最时髦科学进展与固体物理紧密相连固体物理和四大力学不一样后者分别研究物质特定运动形态，研究对象是理想条件下特定运动规律，如理论力学研究物体机械运动等。固体物理则不一样，它研究对象是一类物质——固体，它既是力学系统、又是热学系统和电磁系统，而组成固体微观粒子又必须服从量子力学规律，所以固体物理是一门综合科学，需要我们综合利用各种理论工具，从不一样角度、不一样侧面去研究实际固体各种运动形态，从而全方面地解释固体各种性质，所以四大力学都是固体物理理论基础课。赛兹1940年出版《当代固体理论》一书,标志着固体物理成熟并形成了固体物理理论第一个范式。（建立在对晶体认识基础上）SeitzF,ModernTheoryofSolidsMcGraw-Hill1940这本书是固体物理学作为独立学科出现奠基性著作，当前我们固体物理课程所讲述固体理论依然处于该书建立体系中，它处理问题基本方法取得了辉煌成就，并一直普遍使用到今天，而且还将会继续使用下去，所以了解并掌握好这种方法是学好固体物理课关键之处。作为固体理论第一个范式：固体物理研究周期结构中波传输问题，不论是弹性波、电磁波，de-Broglie波相关理论共同点是：充分利用了晶体结构中平